DE102018212724A1 - GREEN FLUORESCENT AND LIGHTING DEVICE - Google Patents

Abstract

Es wird ein Mnoder Euund Mndotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff angegeben.An Mn or Eu and Mndoped potassium aluminate phosphor is specified.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung, die insbesondere den Leuchtstoff umfasst.The invention relates to a phosphor and a lighting device, which in particular comprises the phosphor.

Leuchtstoffe, die effizient mit ultravioletter und/oder blauer Primärstrahlung angeregt werden können und eine effiziente Emission im grünen Spektralbereich aufweisen, sind von großem Interesse für die Herstellung von weißen und farbigen Konversions-LEDs. Konversions-LEDs werden beispielsweise zur Allgemeinbeleuchtung eingesetzt.Phosphors that can be excited efficiently with ultraviolet and / or blue primary radiation and have an efficient emission in the green spectral range are of great interest for the production of white and colored conversion LEDs. Conversion LEDs are used for general lighting, for example.

Bekannte grün emittierende Leuchtstoffe weisen häufig sehr breite Emissionsbanden auf, so dass Strahlungsverluste bedingt durch eine teilweise Emission im UV-Bereich auftreten.Known green-emitting phosphors often have very broad emission bands, so that radiation losses due to a partial emission in the UV range occur.

EP2275512 A2 offenbart grün emittierende Leuchtstoffe. EP2275512 A2 discloses green emitting phosphors.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der im grünen Spektralbereich Strahlung emittiert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff anzugeben.An object of the invention is to provide a phosphor which emits radiation in the green spectral range. Furthermore, it is an object of the invention to provide a lighting device with the phosphor described here.

Diese Aufgabe wird beziehungsweise diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.This task is or these tasks are solved by a phosphor and a lighting device according to the independent claims. Advantageous embodiments and developments of the invention are the subject of the respective dependent claims.

Es wird ein Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff und ein Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff angegeben. Der Kaliumaluminat-Leuchtstoff ist mit anderen Worten entweder mit Mn²⁺ oder mit Eu²⁺ und Mn²⁺ dotiert. Bevorzugt ist Mn²⁺ der einzige Dotierstoff des Kaliumaluminat-Leuchtstoffs oder Eu²⁺ und Mn²⁺ sind die einzigen Dotierstoffe des Kaliumaluminat-Leuchtstoffs. Im Folgenden wird der Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff auch als Leuchtstoff bezeichnet.An Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor and an Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor are specified. In other words, the potassium aluminate phosphor is either doped with Mn ²⁺ or with Eu ²⁺ and Mn ²⁺ . Mn ²⁺ is preferably the only dopant of the potassium aluminate phosphor or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ are the only dopants of the potassium aluminate phosphor. In the following, the Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor is also referred to as a phosphor.

Überraschenderweise weisen Kaliumaluminat-Leuchtstoffe, die mit Mn²⁺ oder mit Eu²⁺ und Mn²⁺ dotiert sind bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung eine Emission bzw. Sekundärstrahlung im grünen Spektralbereich auf und zeigen zudem eine geringe Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum).Surprisingly, potassium aluminate phosphors that are doped with Mn ²⁺ or with Eu ²⁺ and Mn ²⁺ have an emission or secondary radiation in the green spectral range when excited with primary radiation and also show a small half-width (FWHM, full width at half) maximum).

Unter der Halbwertsbreite wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums eines Emissionspeaks bzw. einer Emissionsbande verstanden.Here and below, the half-width is understood to mean the spectral width at half the height of the maximum of an emission peak or an emission band.

Dagegen hat sich gezeigt, dass Kaliumaluminat-Leuchtstoffe, die nur mit Eu²⁺ dotiert sind eine breitbandige Emission im blauen Spektralbereich aufweisen. Eine Dotierung des Kaliumaluminat-Leuchtstoffs mit Mn²⁺ hat sich als wesentlich für eine schmalbandige Emission im grünen Spektralbereich erwiesen.In contrast, it has been shown that potassium aluminate phosphors which are only doped with Eu ²⁺ have a broadband emission in the blue spectral range. Doping the potassium aluminate phosphor with Mn ²⁺ has proven to be essential for a narrow-band emission in the green spectral range.

Als blauer Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 400 nm und 490 nm verstanden werden.The blue spectral range can in particular be understood to mean the range of the electromagnetic spectrum between and including 400 nm and 490 nm.

Als grüner Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 490 nm und 550 nm verstanden werden.The green spectral range can in particular be understood to mean the range of the electromagnetic spectrum between 490 nm and 550 nm.

Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoffe zeigen zudem ein hohes Absorptionsvermögen im nahen UV-Bereich bis blauen Bereich und lassen sich somit effizient mit einer Primärstrahlung in diesem Wellenlängenbereich anregen.Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphors also have a high absorption capacity in the near UV range to the blue range and can therefore be excited efficiently with primary radiation in this wavelength range.

Im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von Summenformeln beschrieben. Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese Verunreinigungen zusammengenommen bevorzugt höchstens einen Gewichtsanteil an dem Leuchtstoff von höchstens 1 Promille oder 100 ppm (parts per million) oder 10 ppm aufweisen sollten.In the following, phosphors are described using empirical formulas. In the case of the formulas given, it is possible for the phosphor to have further elements, for example in the form of impurities, these impurities, taken together, preferably having at most a weight fraction of the phosphor of at most 1 per mille or 100 ppm (parts per million) or 10 ppm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺, Eu²⁺) auf. In K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺, Eu²⁺) ist K_xAl_11+yO_17+z also mit Mn²⁺ und Eu²⁺ dotiert, während in K_xAl_11+yO_17+z :Mn²⁺ K_xAl_11+yO_17+z nur mit Mn²⁺ dotiert ist. Für den Leuchtstoff gilt: x + 3(11+y) = 2(17+z), wobei 0 < x, -17 < z und -11 < y.In accordance with at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z:} Mn ²⁺ or K _x Al ₁₁ + _y O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ). In K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ) K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} is therefore doped with Mn ²⁺ and Eu ²⁺ , while in K _x Al _{11+ y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ K _x Al _{11 + y} O _{17 + z is} only doped with Mn ²⁺ . The following applies to the phosphor: x + 3 (11 + y) = 2 (17 + z), where 0 <x, -17 <z and -11 <y.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff, insbesondere K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) in einer zu Natrium-β-Aluminat isotypen Kristallstruktur. Mit anderen Worten kristallisiert der Leuchtstoff in der hexagonalen Raumgruppe P6₃/mmc. In accordance with at least one embodiment, the Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor, in particular K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al ₁₁ + _y O _{17 + z} : ( Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ) in a crystal structure isotypic to sodium β-aluminate. In other words, the phosphor crystallizes in the hexagonal space group P6 ₃ / mmc.

Dass zwei Verbindungen in einer isotypen Kristallstruktur kristallisieren, bedeutet insbesondere, dass die Atome der einen Verbindung denselben Platz innerhalb der Kristallstruktur einnehmen wie die korrespondierenden Atome der anderen Verbindung. Dadurch bleiben die Verknüpfungen von Baueinheiten innerhalb der Strukturen unverändert erhalten.The fact that two compounds crystallize in an isotypic crystal structure means in particular that the atoms of one compound occupy the same place within the crystal structure as the corresponding atoms of the other compound. As a result, the links between units within the structures remain unchanged.

Innerhalb der Kristallstruktur befinden sich insbesondere spinellartige Schichten, die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern aufgebaut sind. Diese Schichten sind durch die Anordnung von K⁺- und O^2--Ionen entlang der kristallographischen c-Achse voneinander separiert. Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ können dabei K⁺ oder Al³⁺ teilweise ersetzen.Within the crystal structure there are in particular spinel-like layers which are made up of edge-linked AlO ₄ tetreaders and corner-linked AlO ₆ octahedra. These layers are separated from one another by the arrangement of K ⁺ and O ^2- ions along the crystallographic c-axis. Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ²⁺ can partially replace K ⁺ or Al ³⁺ .

Ändert sich der Anteil x an Kalium innerhalb des Leuchtstoffs K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (M_n ²⁺, Eu²⁺) erfolgt ein Ladungsausgleich über den Aluminiumanteil durch y und/oder den Sauerstoffanteil durch z.If the proportion x of potassium within the phosphor changes K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (M _n ²⁺ , Eu ²⁺ ), the charge is balanced out the aluminum content by y and / or the oxygen content by z.

Dabei ist es für 0 < x < 1 möglich, dass der Anteil an Aluminium erhöht wird und damit 0 < y oder der Anteil an Sauerstoff verringert wird und damit z < 0. Wird der Anteil an Sauerstoff verringert, befinden sind innerhalb der Kristallstruktur sogenannte Fehlstellen an Positionen, die im Falle von x = 1 mit Sauerstoff-Ionen besetzt sind. Die Positionen des Sauerstoffs, also die Ecken der AlO₄-Tetraeder und/oder der AlO₆-Okteader und die zwischen den Schichten, die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern aufgebaut sind, angeordneten Sauerstoffpositionen sind somit teilweise nicht besetzt. Wird dagegen der Anteil an Aluminium erhöht, befinden sich zusätzliche Aluminium-Ionen auf Zwischengitterplätzen, die im Falle von x = 1 nicht besetzt sind. Möglich ist auch, dass der Ladungsausgleich durch eine Verringerung der Schichtdicke einzelner Schichten (und damit deren negative Gesamtladung), die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern erfolgt und damit in einer Verringerung sowohl des Aluminium- als auch des Sauerstoffanteils. Die Fehlstellen, Besetzung von Zwischengitterplätzen oder die Verringerung einzelner Schichtdicken sind dabei insbesondere so gering, dass sich die sogenannte mittlere Kristallstruktur, die insbesondere durch die Kristallstrukturanalyse durch Röntgenbeugung ergibt, nicht ändert.It is possible for 0 <x <1 that the proportion of aluminum is increased and thus 0 <y or the proportion of oxygen is reduced and thus z <0. If the proportion of oxygen is reduced, there are so-called defects in the crystal structure at positions which are occupied by oxygen ions in the case of x = 1. The positions of the oxygen, that is to say the corners of the AlO ₄ tetrahedra and / or the AlO ₆ octeaders and the oxygen positions arranged between the layers which are composed of edge-linked AlO ₄ tetreaders and corner-linked AlO ₆ octahedra, are therefore partially not occupied , If, on the other hand, the proportion of aluminum is increased, there are additional aluminum ions on interstitial sites which are not occupied in the case of x = 1. It is also possible that the charge equalization takes place by reducing the layer thickness of individual layers (and thus their negative total charge), which is made of edge-linked AlO ₄ tetreaders and corner-linked AlO ₆ octahedra and thus a reduction in both the aluminum and the oxygen content. The defects, occupation of interstitial spaces or the reduction of individual layer thicknesses are so small in particular that the so-called mean crystal structure, which results in particular from the crystal structure analysis by means of X-ray diffraction, does not change.

Für 1 < x < 2 ist es möglich, dass der Anteil an Aluminium verringert wird und damit y < 0 oder der Anteil an Sauerstoff erhöht wird und damit 0 < z. Wird der Anteil an Aluminium verringert, befinden sind innerhalb der Kristallstruktur sogenannte Fehlstellen an Positionen, die im Falle von x = 1 mit Aluminium-Ionen besetzt sind. Die Positionen des Aluminiums, also die Zentren der AlO₄-Tetraeder und/oder der AlO₆-Okteader sind somit teilweise nicht besetzt. Wird dagegen der Anteil an Sauerstoff erhöht, befinden sich zusätzliche Sauerstoff-Ionen auf Zwischengitterplätzen, die im Falle von x = 1 nicht besetzt sind. Möglich ist auch, dass der Ladungsausgleich durch eine Erhöhung der Schichtdicke einzelner Schichten (und damit deren negative Gesamtladung), die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern aufgebaut sind, erfolgt und damit in einer Erhöhung sowohl des Aluminium- als auch des Sauerstoffanteils. Die Fehlstellen, Besetzung von Zwischengitterplätzen oder die Erhöhung einzelner Schichtdicken sind dabei insbesondere so gering, dass sich die sogenannte mittlere Kristallstruktur nicht ändert.For 1 <x <2 it is possible that the proportion of aluminum is reduced and thus y <0 or the proportion of oxygen is increased and thus 0 <z. If the proportion of aluminum is reduced, there are so-called imperfections at positions within the crystal structure which are occupied by aluminum ions in the case of x = 1. The positions of the aluminum, that is to say the centers of the AlO ₄ tetrahedra and / or the AlO ₆ octeader, are therefore partially not occupied. If, on the other hand, the proportion of oxygen is increased, there are additional oxygen ions on interstitial sites which are not occupied in the case of x = 1. It is also possible that the charge balance takes place by increasing the layer thickness of individual layers (and thus their negative total charge), which are made up of edge-linked AlO ₄ tetreaders and corner-linked AlO ₆ octahedra, and thus in an increase in both the aluminum and the oxygen content. The defects, occupation of interstitial sites or the increase in individual layer thicknesses are so small in particular that the so-called average crystal structure does not change.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) auf. Für den Leuchtstoff gilt: x + 3(11+y) = 2(17+z), wobei 0 < x < 2, -1/2 < z < 1/2 und -1/3 < y < 1/3. Durch diese geringe Änderung des Anteils an Aluminium und/oder Sauerstoff kann insbesondere gewährleistet werden, dass sich die mittlere Kristallstruktur nicht ändert bzw. die Fehlstellen, die Besetzung von Zwischengitterplätzen oder die Änderung einzelner Schichtdicken bei der Röntgenstrukturanalyse nicht ins Gewicht fallen, so dass diese insgesamt rausgemittelt werden.According to at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al ₁₁ + _y O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ). The following applies to the phosphor: x + 3 (11 + y) = 2 (17 + z), where 0 <x <2, -1/2 <z <1/2 and -1/3 <y <1/3. This slight change in the proportion of aluminum and / or oxygen can in particular ensure that the average crystal structure does not change or that the imperfections, the occupation of interstitial sites or the change in individual layer thicknesses do not play a role in the X-ray structure analysis, so that these overall be averaged out.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,EU²⁺) mit 0 < x < 2 auf, wobei

• - für 0 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x);
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x < 2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.

Leuchtstoffe gemäß dieser Ausführungsform zeigen insbesondere eine Emission im grünen Spektralbereich mit einer Peakwellenlänge zwischen 490 nm und 530 nm.According to at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al ₁₁ + _y O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , EU ²⁺ ) with 0 <x < 2, where

• - for 0 <x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0 or y = 0 and z = -1/2 (1-x);
• - for x = 1: y = 0 and z = 0 and
• - for 1 <x <2: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x-1) and z = 0.

Phosphors according to this embodiment in particular show an emission in the green spectral range with a peak wavelength between 490 nm and 530 nm.

Als „Peakwellenlänge“ wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum liegt.In the present case, the “peak wavelength” is the wavelength in the emission spectrum at which the maximum intensity lies in the emission spectrum.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, bevorzugt zwischen 490 nm und 530 nm.In accordance with at least one embodiment, the peak wavelength of the phosphor lies in the green range of the electromagnetic spectrum, preferably between 490 nm and 530 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺,EU²⁺) mit 1 ≤ x < 2 auf, wobei

• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x < 2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0, bevorzugt y = -1/3 (x-1) und z = 0.

In accordance with at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , EU ²⁺ ) with 1 ≤ x < 2, where

• - for x = 1: y = 0 and z = 0 and
• - for 1 <x <2: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x-1) and z = 0, preferably y = -1/3 (x- 1) and z = 0.

Leuchtstoffe gemäß dieser Ausführungsform zeigen insbesondere eine Emission im grünen Spektralbereich mit einer Peakwellenlänge zwischen 490 nm und 530 nm. Zudem kann die Halbwertsbreite unter 30 nm liegen. Die Halbwertsbreite ist im Vergleich zu der von bekannten grünen Leuchtstoffen sehr gering. Aufgrund der kleinen Halbwertsbreite kann eine hohe Farbreinheit erzielt werden und die Effizienz und die Lichtausbeute einer Konversions-LED, die diesen Leuchtstoff enthält, gesteigert werden.Phosphors according to this embodiment in particular show an emission in the green spectral range with a peak wavelength between 490 nm and 530 nm. In addition, the half-value width can be less than 30 nm. The full width at half maximum is very small compared to that of known green phosphors. Due to the small half width, a high color purity can be achieved and the efficiency and the luminous efficacy of a conversion LED that contains this phosphor can be increased.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺,EU²⁺) mit 0,5 < x < 1,5 auf, wobei

• - für 0,5 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x);
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x < 1,5 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.

According to at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , EU ²⁺ ) with 0.5 < x <1.5, where

• - for 0.5 <x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0 or y = 0 and z = -1/2 (1-x);
• - for x = 1: y = 0 and z = 0 and
• - for 1 <x <1.5: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x-1) and z = 0.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) mit 0,7 ≤ x ≤ 1,3 auf, wobei

• - für 0,7 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x);
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x ≤ 1,3 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.

According to at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al ₁₁ + _y O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ) with 0.7 ≤ x ≤ 1.3, where

• - for 0.7 ≤ x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0 or y = 0 and z = -1/2 (1-x);
• - for x = 1: y = 0 and z = 0 and
• - for 1 <x ≤ 1.3: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x-1) and z = 0.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(Mn²⁺,Eu²⁺) mit 0,8 ≤ x ≤ 1,2 auf, wobei

• - für 0,8 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0;
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x ≤ 1,2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1).

According to at least one embodiment, the phosphor has the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ) with 0.8 ≤ x ≤ 1.2, where

• - for 0.8 ≤ x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0;
• - for x = 1: y = 0 and z = 0 and
• - for 1 <x ≤ 1.2: y = 0 and z = 1/2 (x-1).

Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ kann oder können gemäß einer Ausführungsform in Mol%-Mengen zwischen 0,1 Mol% bis 20 Mol%, 1 Mol% bis 10 Mol%, 0,5 Mol% bis 5 Mol%, 2 Mol% bis 5 Mol%, vorhanden sein. Hier und im Folgenden werden Mol%-Angaben für Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ insbesondere als Mol%-Angaben bezogen auf die Molanteile von Kalium im jeweiligen Leuchtstoff verstanden.Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ²⁺ can, according to one embodiment, in mol% amounts between 0.1 mol% to 20 mol%, 1 mol% to 10 mol%, 0.5 mol% to 5 mol% , 2 mol% to 5 mol%. Here and in the following, mol% indications for Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ^{2+ are} understood in particular as mol% indications based on the molar proportions of potassium in the respective phosphor.

Effiziente Kaliumaluminat-Leuchtstoffe sind den Erfindern bislang nicht bekannt. Überraschenderweise haben sich die Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffe als besonders effizient erwiesen. Diese Leuchtstoffe emittieren bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 330 nm und 470 nm eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere mit einer Peakwellenlänge zwischen 490 nm und 530 nm und einer Halbwertsbreite unter 30 nm. Durch die geringe Halbwertsbreite zeigen die Leuchtstoffe keine oder nur eine geringe Emission im UV-Bereich und sind dadurch besonders effizient, da die Emission nur oder überwiegend im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Durch die Lage der Peakwellenlänge einerseits und die geringe Halbwertsbreite sind die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe für viele Beleuchtungsanwendungen attraktiv. Insbesondere können weiß emittierende Beleuchtungsvorrichtungen mit einem hohen CRI (Farbwiedergabeindex, color rendering index) bereitgestellt werden.So far, the inventors have not known efficient potassium aluminate phosphors. Surprisingly, the Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ²⁺ doped potassium aluminate phosphors have proven to be particularly efficient. When excited with primary radiation in the range between 330 nm and 470 nm, these phosphors emit secondary radiation in the green range of the electromagnetic spectrum, in particular with a peak wavelength between 490 nm and 530 nm and a half-value width below 30 nm. Due to the small half-value width, the phosphors show little or no emission in the UV range and are therefore particularly efficient since the emission is only or predominantly in the visible range of the electromagnetic spectrum. Because of the location of the peak wavelength on the one hand and the narrow half-width, the phosphors according to the invention are attractive for many lighting applications. In particular, white-emitting lighting devices with a high CRI (color rendering index) can be provided.

Die Erfinder haben somit erkannt, dass ein neuartiger Leuchtstoff mit vorteilhaften Eigenschaften bereitgestellt werden kann, der bisher nicht bereitgestellt werden konnte. The inventors have thus recognized that a new type of phosphor with advantageous properties can be provided that previously could not be provided.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃ und MnCO₃ und der Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃, MnCO₃ und Eu₂O₃ erhältlich.According to at least one embodiment, the Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor from the educts K ₂ CO ₃ , Al ₂ O ₃ and MnCO ₃ and the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor from the educts K ₂ CO ₃ , Al ₂ O ₃ , MnCO ₃ and Eu ₂ O ₃ available.

Die angegebenen Ausführungsformen des Leuchtstoffs können gemäß nachfolgend angegebenen Verfahren hergestellt werden. Alle für den Leuchtstoff beschriebenen Merkmale gelten somit auch für das Verfahren zu dessen Herstellung und umgekehrt.The specified embodiments of the phosphor can be produced according to the methods specified below. All the features described for the phosphor therefore also apply to the process for its production and vice versa.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs angeben.
Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

1. A) Vermengen von Edukten des Leuchtstoffs,
2. B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine Temperatur T1 zwischen 1000 °C und 1700 °C, bevorzugt 1500 °C,
3. C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 zwischen 1000 °C und 1700 °C, bevorzugt 1500 °C, für 1 Stunde bis 20 Stunden, bevorzugt für 4 Stunden bis 8 Stunden

A method for producing a Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor is specified.
The process comprises the following process steps:

1. A) mixing of educts of the phosphor,
2. B) heating the mixture obtained under A) to a temperature T1 between 1000 ° C and 1700 ° C, preferably 1500 ° C,
3. C) Annealing the batch at a temperature T1 between 1000 ° C and 1700 ° C, preferably 1500 ° C, for 1 hour to 20 hours, preferably for 4 hours to 8 hours

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden als Edukte im Verfahrensschritt A) K₂CO₃, Al₂O₃ und MnCO₃ zur Herstellung des Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs oder K₂CO₃, Al₂O₃, MnCO₃ und Eu₂O₃ zur Herstellung des Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs eingesetzt. Die Edukte können insbesondere als Pulver vorliegen und eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform folgt nach Verfahrensschritt C) ein weiterer Verfahrensschritt:

• D) Abkühlen des Gemenges auf Raumtemperatur. Unter Raumtemperatur werden insbesondere 20 °C verstanden.

According to at least one embodiment, the starting materials in process step A) are K ₂ CO ₃ , Al ₂ O ₃ and MnCO ₃ for the production of the Mn ²⁺ -doped potassium aluminate phosphor or K ₂ CO ₃ , Al ₂ O ₃ , MnCO ₃ and Eu ₂ O _{3 used} to manufacture the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor. The starting materials can be present and used in particular as a powder.
In one embodiment, a further process step follows after process step C):

• D) cooling the batch to room temperature. Room temperature is understood to mean in particular 20 ° C.

In einer Ausführungsform werden Verfahrensschritt D), C) und B) unter einer N₂ Atmosphäre oder einer Formiergasatmosphäre, durchgeführt. Unter einer Formiergasatmosphäre wird eine insbesondere eine N₂ Atmosphäre mit bis zu 7,5 % H₂ verstanden.In one embodiment, process steps D), C) and B) are carried out under an N ₂ atmosphere or a forming gas atmosphere. A forming gas atmosphere is understood to mean in particular an N ₂ atmosphere with up to 7.5% H ₂ .

Das Verfahren zur Herstellung ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe sehr einfach durchzuführen. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich, was den Leuchtstoff auch wirtschaftlich interessant macht.The manufacturing process is very easy to perform compared to many other manufacturing processes for phosphors. The starting materials are commercially available at low cost, which also makes the phosphor economically interesting.

Die Erfindung betrifft ferner eine Beleuchtungsvorrichtung. Insbesondere weist die Beleuchtungsvorrichtung den Mn²⁺ oder den Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Mn²⁺ oder den Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs auch für die Beleuchtungsvorrichtung und umgekehrt.The invention further relates to a lighting device. In particular, the lighting device has the Mn ²⁺ or the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor. All versions and definitions of the Mn ²⁺ or the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor also apply to the lighting device and vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet.According to at least one embodiment, the lighting device has a semiconductor layer sequence. The semiconductor layer sequence is set up for the emission of electromagnetic primary radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge zumindest ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_i-n-mGa_mN, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge aus InGaN geformt.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor layer sequence has at least one III-V compound semiconductor material. The semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material, such as Al _n In _inm Ga _m N, where 0 n n 1 1, 0 m m 1 1 and n + m 1 1. The semiconductor layer sequence can have dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, only the essential components of the semiconductor layer sequence, that is to say Al, Ga, In and N, are specified, even if these can be replaced and / or supplemented in part by small amounts of further substances. In particular, the semiconductor layer sequence is formed from InGaN.

Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 330 nm und einschließlich 470 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 460 nm.The semiconductor layer sequence contains an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures. During operation of the lighting device, an electromagnetic primary radiation is generated in the active layer. A wavelength or the emission maximum of the primary radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible range, in particular at wavelengths between 330 nm and 470 nm inclusive, for example between 400 nm and 460 nm inclusive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung bei dem Einsatz des Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs bei etwa 460 nm. Der Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff ist nur bei etwa 460 nm effizient anregbar. According to at least one embodiment, a wavelength or the emission maximum of the primary radiation when using the Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor is approximately 460 nm. The Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor can only be excited efficiently at approximately 460 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung bei dem Einsatz des Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs zwischen einschließlich 330 nm und einschließlich 470 nm, zum Beispiel bei 460 nm.According to at least one embodiment, a wavelength or the emission maximum of the primary radiation when using the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor is between 330 nm and 470 nm inclusive, for example 460 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Beleuchtungsvorrichtung um eine Leuchtdiode, kurz LED, insbesondere eine Konversions-LED. Die Beleuchtungsvorrichtung ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, weißes oder farbiges Licht zu emittieren.According to at least one embodiment, the lighting device is a light-emitting diode, or LED for short, in particular a conversion LED. The lighting device is then preferably set up to emit white or colored light.

In Kombination mit dem in der Beleuchtungsvorrichtung vorhandenen Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff ist die Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, in Teilkonversion oder in Vollkonversion grünes Licht oder weißes Licht zu emittieren.In combination with the Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor present in the lighting device, the lighting device is preferably set up to emit green light or white light in partial conversion or in full conversion.

Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein Konversionselement auf. Insbesondere umfasst das Konversionselement den Mn²⁺ oder den Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff oder besteht daraus. Der Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise oder vollständig die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.The lighting device has a conversion element. In particular, the conversion element comprises or consists of the Mn ²⁺ or the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor. The phosphor at least partially or completely converts the electromagnetic primary radiation into electromagnetic secondary radiation in the green region of the electromagnetic spectrum.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement bzw. die Beleuchtungsvorrichtung neben dem Mn²⁺ oder dem Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff keinen weiteren Leuchtstoff auf. Das Konversionselement kann auch aus dem Leuchtstoff bestehen. Bevorzugt ist der Mn²⁺ oder der Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff dazu eingerichtet die Primärstrahlung teilweise zu konvertieren. Die Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist somit eine Mischstrahlung aus der Primär- und der Sekundärstrahlung. Insbesondere liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung im sichtbaren blauen Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 470 nm. Mit Vorteil ist es mit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform möglich, viele Farborte im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu erzielen. Es damit möglich den Farbort nach kundenspezifischen Wünschen festzulegen („color on demand“).According to at least one embodiment, the conversion element or the lighting device has no further phosphor besides the Mn ²⁺ or the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor. The conversion element can also consist of the phosphor. The Mn ²⁺ or the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ -doped potassium aluminate phosphor is preferably designed to partially convert the primary radiation. The total radiation from the lighting device is thus a mixed radiation from the primary and secondary radiation. In particular, a wavelength or the emission maximum of the primary radiation lies in the visible blue range, in particular at wavelengths between 400 nm and 470 nm inclusive. It is advantageously possible with the lighting device according to this embodiment to achieve many color locations in the blue to green range of the electromagnetic spectrum , It is thus possible to determine the color location according to customer-specific requirements ("color on demand").

Die Beleuchtungsvorrichtungen dieser Ausführungsform eignen sich beispielsweise für Signallichter, wie Blaulichter für beispielsweise Polizei-, Kranken-, Notarzt- oder Feuerwehrfahrzeuge.The lighting devices of this embodiment are suitable, for example, for signal lights, such as blue lights for, for example, police, medical, emergency doctor or fire-fighting vehicles.

Die, eine weiße Mischstrahlung emittierende, Beleuchtungsvorrichtung ist für die Allgemeinbeleuchtung, beispielweise für Büroräume geeignet. Der hier beschriebene Mn²⁺ oder der Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff weist einen großen Überlapp mit der melanopischen Kurve auf. Emittierte Strahlung des erfindungsgemäßen Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs bzw. der weiß emittierenden Beleuchtungsvorrichtung kann damit vorteilhafterweise die Müdigkeit herabsetzen und die Konzentrationsfähigkeit fördern.The lighting device emitting a white mixed radiation is suitable for general lighting, for example for office spaces. The Mn ²⁺ described here or the Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor has a large overlap with the melanopic curve. Emitted radiation of the Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor according to the invention or of the white-emitting lighting device can thus advantageously reduce fatigue and promote the ability to concentrate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement neben dem Leuchtstoff einen zweiten und/oder dritten Leuchtstoff auf. Beispielsweise sind die Leuchtstoffe in einem Matrixmaterial eingebettet. Alternativ können die Leuchtstoffe auch in einer Konverterkeramik vorliegen.In accordance with at least one embodiment, the conversion element has a second and / or third phosphor in addition to the phosphor. For example, the phosphors are embedded in a matrix material. Alternatively, the phosphors can also be present in a converter ceramic.

Die Beleuchtungsvorrichtung kann einen zweiten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem roten Spektralbereich aufweisen. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungsvorrichtung dann zumindest zwei Leuchtstoffe, den grün emittierenden Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff und einen rot emittierenden Leuchtstoff auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere zur Teilkonversion eingerichtet, wobei die Primärstrahlung vorzugsweise aus blauen Spektralbereich ausgewählt ist und vorzugsweise teilkonvertiert wird. Die resultierende Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist dann insbesondere eine weiße Mischstrahlung.The lighting device can have a second phosphor for emitting radiation from the red spectral range. In other words, the lighting device then has at least two phosphors, the green-emitting Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ²⁺ -doped potassium aluminate phosphor and a red-emitting phosphor. The lighting device is in particular set up for partial conversion, the primary radiation preferably being selected from the blue spectral range and preferably being partially converted. The resulting total radiation from the The lighting device is then in particular a white mixed radiation.

Die Beleuchtungsvorrichtung kann einen dritten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem blauen Spektralbereich aufweisen. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungsvorrichtung dann zumindest drei Leuchtstoffe, den grün emittierenden Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff, einen rot emittierenden Leuchtstoff und einen blau emittierenden Leuchtstoff auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere zur Vollkonversion eingerichtet, wobei die Primärstrahlung vorzugsweise aus UV bis blauen Spektralbereich ausgewählt ist und vorzugsweise voll konvertiert wird. Die resultierende Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist dann insbesondere eine weiße Mischstrahlung. Schwankungen in der weißen Gesamtstrahlung, wie eine Änderung des Farborts und der Farbwiedergabe, bedingt durch die Primärstrahlung können weitgehend vermieden werden, da der blaue Anteil an der Gesamtstrahlung der Sekundärstrahlung des dritten Leuchtstoffs entspricht und die Primärstrahlung nicht oder kaum zur Gesamtstrahlung beiträgt.The lighting device can have a third phosphor for emitting radiation from the blue spectral range. In other words, the lighting device then has at least three phosphors, the green-emitting Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ²⁺ -doped potassium aluminate phosphor, a red-emitting phosphor and a blue-emitting phosphor. The lighting device is in particular set up for full conversion, the primary radiation preferably being selected from the UV to blue spectral range and preferably being fully converted. The resulting total radiation from the lighting device is then in particular white mixed radiation. Fluctuations in the total white radiation, such as a change in the color locus and the color rendering, caused by the primary radiation can largely be avoided since the blue portion of the total radiation corresponds to the secondary radiation of the third phosphor and the primary radiation does not or hardly contributes to the total radiation.

Als roter Spektralbereich kann der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 580 nm und 780 nm verstanden werden.The red spectral range can be understood as the range of the electromagnetic spectrum between 580 nm and 780 nm.

Als UV bis blauer Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 330 nm und 490 nm, verstanden werden, wobei als blauer Spektralbereich der Bereich zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 490 nm und als UV Spektralbereich der Bereich zwischen einschließlich 350 nm und 400 nm verstanden wird.The UV to blue spectral range can in particular be understood to mean the range of the electromagnetic spectrum between 330 nm and 490 nm, the blue spectral range to be understood as the range between 400 nm and 490 nm inclusive and the UV spectral range as the range between 350 nm and 400 nm becomes.

Ausführungsbeispieleembodiments

• AB1: KAl₁₁O₁₇:Mn²⁺ AB1: KAl ₁₁ O ₁₇ : Mn ²⁺
• AB2: K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) mit x = 1,2; z = 0 und y = -1/3 (x-1) .AB2: K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ) with x = 1.2; z = 0 and y = -1/3 (x-1).

Die Ausführungsbeispiele AB1 und AB2 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurden wie folgt hergestellt: K₂CO₃, MnCO₃ und Al₂O₃ (AB1) beziehungsweise K₂CO₃, MnCO₃, Al₂O₃ und Eu₂O₃ (AB2) wurden gemischt und die Mischung in einem Korundtiegel auf eine Temperatur von 1000 °C bis 1700 °C unter N₂ oder N₂ mit bis zu 7,5 % H₂ erhitzt und für 1 h bis 20 h auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen werden Einkristalle des Leuchtstoffs erhalten. Dabei konnte teilweise die Entstehung von Al₂O₃ als Nebenphase beobachtet werden.The exemplary embodiments AB1 and AB2 of the phosphor according to the invention were produced as follows: K ₂ CO ₃ , MnCO ₃ and Al ₂ O ₃ (AB1) or K ₂ CO ₃ , MnCO ₃ , Al ₂ O ₃ and Eu ₂ O ₃ (AB2) were produced mixed and the mixture heated in a corundum crucible to a temperature of 1000 ° C. to 1700 ° C. under N ₂ or N ₂ with up to 7.5% H ₂ and kept at this temperature for 1 h to 20 h. After cooling, single crystals of the phosphor are obtained. The formation of Al ₂ O ₃ as a secondary phase was partially observed.

Das Vergleichsbeispiel (VB1) wurde analog aber ohne Zugabe von MnCO₃ hergestellt.The comparative example (VB1) was produced analogously but without the addition of MnCO ₃ .

VB1: K_xAl_11+y0_17+z:Eu²⁺ mit x = 0,8; y = 0 und z = -1/2 (1-x) .VB1: K _x Al _{11 + y} 0 _{17 + z} : Eu ²⁺ with x = 0.8; y = 0 and z = -1/2 (1-x).

Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 1. Tabelle 1: Edukt Stoffmenge / mmol Masse / g VB1 K₂CO₃ 7.026 0.971 Al₂O₃ 85.86 8.754 EU₂O₃ 0.781 0.275 AB1 K₂CO₃ 7.858 1.086 Al₂O₃ 85.65 8.733 MnCO₃ 1.575 0.181 AB2 K₂CO₃ 6.953 0.961 Al₂O₃ 84.24 8.589 MnCO₃ 1.549 0.178 Eu₂O₃ 0.773 0.272 The weights of the starting materials can be found in Table 1 below. Table 1: reactant Amount of substance / mmol Mass / g VB1 K ₂ CO ₃ 7026 0971 Al ₂ O ₃ 85.86 8754 EU ₂ O ₃ 0781 0275 AB1 K ₂ CO ₃ 7858 1086 Al ₂ O ₃ 85.65 8733 MnCO ₃ 1575 0181 STARTING AT 2 K ₂ CO ₃ 6953 0961 Al ₂ O ₃ 84.24 8589 MnCO ₃ 1549 0178 Eu ₂ O ₃ 0773 0272

Tabelle 2 zeigt kristallographische Daten von AB2. Tabelle 2: AB2 Strukturtyp Natrium-ß-Aluminat Kristallsystem hexagonal Raumgruppe P6_3/mmc (194) Gitterparameter a /pm 560.47(2) b /pm 560.47(2) c /pm 2270.59(11) α 90 β 90 γ 120 Volumen /nm³ 0.61769(5) Dichte ρ /g cm^-3 3.3 T /K 296 (2) Reflexe gesamt 3775 Unabhängige Reflexe 277 Gemessener reziproker Raum -6 ≤ h ≤ 6 -6 ≤ k ≤ 6 -28 ≤ l ≤ 27 R_all, wR_ref 7.35%, 18.64% GooF 1.143 Table 2 shows crystallographic data of AB2. Table 2: STARTING AT 2 structure type Sodium beta aluminate crystal system hexagonal space group P6 _{3 /} mmc (194) lattice parameters a / pm 560.47 (2) b / pm 560.47 (2) c / pm 2270.59 (11) α 90 β 90 γ 120 Volume / nm ³ 0.61769 (5) Density ρ / g cm ^-3 3.3 T / K 296 (2) Total reflexes 3775 Independent reflexes 277 Measured reciprocal space -6 ≤ h ≤ 6 -6 ≤ k ≤ 6 -28 ≤ l ≤ 27 R _all , wR _ref 7.35%, 18.64% GooF 1143

Tabelle 3 zeigt Atomlagen in der Struktur eines Einkristalls aus der Probe AB2 und Tabelle 4 zeigt die Besetzung und isotrope Verschiebungsparameter in der Struktur von AB2. Tabelle 3: Atom Wyckoff-Position x y z K1 2d 2/3 1/3 1/4 K2 12j 0.199(8) 0.099(4) 0.25 A11 2a 0 0 0.5 A12 12k 0.3352 (4) 0.16759(19) 0.39404 (8) A13 4f 1/3 2/3 0.12482(13) A14 4f 1/3 2/3 0.32500(14) O1 4f 1/3 2/3 0.9443(3) O2 12k 0.3141(9) 0.1570(5) 0.5498(2) O3 4e 0 0 0.3584(3) O4 12k 0.5025(5) 0.4975(5) 0.35493(17) O5 2c 1/3 2/3 1/4 Table 3 shows atomic layers in the structure of a single crystal from sample AB2 and Table 4 shows the occupation and isotropic shift parameters in the structure of AB2. Table 3: atom Wyckoff positions x y z K1 2d 2.3 1.3 1.4 K2 12j 0.199 (8) 0.099 (4) 00:25 A11 2a 0 0 0.5 A12 12k 0.3352 (4) 0.16759 (19) 0.39404 (8) A13 4f 1.3 2.3 0.12482 (13) A14 4f 1.3 2.3 0.32500 (14) O1 4f 1.3 2.3 0.9443 (3) O2 12k 0.3141 (9) 0.1570 (5) 0.5498 (2) O3 4e 0 0 0.3584 (3) O4 12k 0.5025 (5) 0.4975 (5) 0.35493 (17) O5 2c 1.3 2.3 1.4

Mn²⁺ und Eu²⁺ besetzten dabei die Positionen des Kaliums (K1 und/oder K2), sind aber in den Tabellen 3 und 4 nicht extra aufgelistet. Tabelle 4: Atom Besetzung U K1 1 U_anis* K2 0.053(9) 0.008(12) A11 1 0.0105(11) A12 1 0.0071(8) A13 1 0.0036(9) A14 1 0.0070(9) O1 1 0.0054(18) O2 1 0.0079(12) O3 1 0.0095(17) O4 1 0.0083(12) O5 1 0.019(3) * K1 wurde anisotrop verfeinert U₁₁ = 0,042(2), U₂₂ = 0,042(2), U₃₃ = 0,012(2), U₁₂ = 0,0208(10). Mn ²⁺ and Eu ²⁺ occupied the positions of potassium ( K1 and or K2 ), but are not listed separately in Tables 3 and 4. Table 4: atom occupation U K1 1 U _anise * K2 0.053 (9) 0.008 (12) A11 1 0.0105 (11) A12 1 0.0071 (8) A13 1 0.0036 (9) A14 1 0.0070 (9) O1 1 0.0054 (18) O2 1 0.0079 (12) O3 1 0.0095 (17) O4 1 0.0083 (12) O5 1 0.019 (3) * K1 was refined anisotropically U ₁₁ = 0.042 (2), U ₂₂ = 0.042 (2), U ₃₃ = 0.012 (2), U ₁₂ = 0.0208 (10).

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

• 1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
• 2, 3, 4A, 5 zeigen Emissionsspektren.
• 4B zeigt einen Vergleich optischer Daten von Leuchtstoffen.
• 6, 7 und 8 zeigen Konversions-LEDs.

Further advantageous embodiments and developments of the invention result from the exemplary embodiments described below in connection with the figures.

• 1 shows a section of the crystal structure of the phosphor according to the invention.
• 2 . 3 . 4A . 5 show emission spectra.
• 4B shows a comparison of optical data of phosphors.
• 6 . 7 and 8th show conversion LEDs.

1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur des Leuchtstoffs K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) bzw. K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ entlang der kristallographischen b-Achse. Bei den schraffierten Dreiecken handelt es sich um AlO₄-Tetraeder und AlO₆-Okteader, bei denen sich Al in den Zentren und Sauerstoff an den Ecken der Tetraeder bzw. Oktaeder befinden.
Die AlO₄-Tetreader und AlO₆-Oktaedern bilden spinellartige Schichten. Zwischen den Schichten sind K⁺- Ionen mit der Wyckoff-Position 2d oder den Wyckoff-Position 2d und 12j (Tabelle 3) und O^2--Ionen (nicht gezeigt) angeordnet. Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ können dabei K⁺ oder Al³⁺ teilweise ersetzen. 1 shows a section of the crystal structure of the phosphor K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (M _n ²⁺ , Eu ²⁺ ) or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ along the crystallographic b-axis , The hatched triangles are AlO ₄ tetrahedra and AlO ₆ octeaders, in which Al is in the centers and oxygen at the corners of the tetrahedra or octahedra.
The AlO ₄ tetreaders and AlO ₆ octahedra form spinel-like layers. Between the layers are K ⁺ ions with the Wyckoff position 2d or the Wyckoff position 2d and 12j (Table 3) and O ^2- ions (not shown). Mn ²⁺ or Mn ²⁺ and Eu ²⁺ can partially replace K ⁺ or Al ³⁺ .

Ist der Anteil x an Kalium bei 0 < x < 1 ist die Wyckoff-Position 2d nicht vollständig mit Kalium-Ionen besetzt und die Wyckoff-Position 12j unbesetzt.If the proportion x of potassium at 0 <x <1 is the Wyckoff position 2d not fully occupied with potassium ions and the Wyckoff position 12j unoccupied.

Ist der Anteil x an Kalium bei x = 1 ist die Wyckoff-Position 2d vollständig mit Kalium-Ionen besetzt und die Wyckoff-Position 12j unbesetzt.If the proportion x of potassium at x = 1 is the Wyckoff position 2d fully occupied with potassium ions and the Wyckoff position 12j unoccupied.

Ist der Anteil x an Kalium bei 1 < x < 2 ist die Wyckoff-Position 2d vollständig mit Kalium-Ionen besetzt und die Wyckoff-Position 12j teilweise mit Kalium-Ionen besetzt.If the proportion x of potassium at 1 <x <2 is the Wyckoff position 2d fully occupied with potassium ions and the Wyckoff position 12j partly filled with potassium ions.

2 zeigt das Emissionsspektren von KAl₁₁O₁₇:Mn²⁺ (AB1). Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Intensität in Prozent. Der Leuchtstoff wurde zur Messung des Emissionsspektrums mit einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 509 nm und eine Halbwertsbreite von 24 nm auf. 2 shows the emission spectra of KAl ₁₁ O ₁₇ : Mn ²⁺ (AB1). The wavelength is plotted in nanometers on the x-axis and the intensity in percent on the y-axis. The phosphor was excited to measure the emission spectrum with primary radiation with a peak wavelength of 460 nm. The phosphor has a peak wavelength of approximately 509 nm and a half width of 24 nm.

3 zeigt das Emissionsspektren von K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) mit x = 1,2; z = 0 und y = -1/3 (x-1) (AB2). Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Intensität in Prozent. Der Leuchtstoff wurde zur Messung des Emissionsspektrums mit einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 511 nm und eine Halbwertsbreite von 23 nm auf. 3 shows the emission spectra of K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (M _n ²⁺ , Eu ²⁺ ) with x = 1.2; z = 0 and y = -1/3 (x-1) (AB2). The wavelength is plotted in nanometers on the x-axis and the intensity in percent on the y-axis. The phosphor was excited to measure the emission spectrum with primary radiation with a peak wavelength of 460 nm. The phosphor has a peak wavelength of approximately 511 nm and a half-width of 23 nm.

Nachfolgende Tabelle 5 zeigt einen Vergleich von Emissionseigenschaften von AB1, AB2 und VB1. Tabelle 5: λ_prim (nm) λ_peak (nm) FWHM (nm) LER (lmW^-1) VB1 400 450 51 0.137 VB1 460 *- - - AB1 400 **- - - AB1 460 509 24 0.533 AB2 400 511 23 0.509 AB2 460 511 23 0.542 * nicht messbar wegen Überlapp mit der Primärstrahlung (λ_prim). ** Anregung bei einer Primärstrahlung (λ_prim) von 400 nm nicht möglich. Table 5 below shows a comparison of emission properties of AB1, AB2 and VB1. Table 5: λ _prim (nm) λ _peak (nm) FWHM (nm) LER (lmW ^-1 ) VB1 400 450 51 0137 VB1 460 * - - - AB1 400 ** - - - AB1 460 509 24 0533 STARTING AT 2 400 511 23 0509 STARTING AT 2 460 511 23 0542 * not measurable due to overlap with the primary radiation (λ _prim ). ** Excitation not possible with a primary radiation (λ _prim ) of 400 nm.

Wie aus Tabelle 5 ersichtlich liegen die Peakwellenlängen der Ausführungsbeispiele AB1 und AB2 im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit Halbwertsbreiten unter 30 nm, während die Peakwellenlänge des nur mit Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs (VB1) im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Halbwertsbreite von 51 nm liegt. Mit Vorteil bewirkt die Dotierung mit Mn²⁺ des Kaliumaluminats bzw. die Co-Dotierung des bereits mit Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminats mit Mn²⁺ eine Verschiebung der Peakwellenlänge in den grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und eine deutliche Verringerung der Halbwertsbreite der Emissionsbande. Dadurch kann mit AB1 und AB2 eine deutlich höhere Lichtausbeute (LER) erzielt werden als mit VB1.As can be seen from Table 5, the peak wavelengths of the exemplary embodiments AB1 and AB2 are in the green region of the electromagnetic spectrum with half-value widths below 30 nm, while the peak wavelength of the potassium aluminate phosphor (VB1) doped only with Eu ²⁺ lies in the blue region of the electromagnetic spectrum with a half-value width of 51 nm. The doping with Mn ^{2+ of} the potassium aluminate or the co-doping of the potassium aluminate already doped with Eu ²⁺ with Mn ²⁺ advantageously brings about a shift in the peak wavelength into the green region of the electromagnetic spectrum and a significant reduction in the half-value width of the emission band. As a result, a significantly higher luminous efficiency (LER) can be achieved with AB1 and AB2 than with VB1.

Der erfindungsgemäße Leuchtstoff kann als einziger Leuchtstoff in einer Beleuchtungsvorrichtung oder Konversions-LED vorhanden sein, die in Vollkonversion eine Gesamtstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums oder in Teilkonversion eine Gesamtstrahlung im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Die Beleuchtungsvorrichtung oder Konversions-LED, die in Teilkonversion eine Gesamtstrahlung im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, eignet sich beispielsweise für Signallichter, wie Blaulichter von beispielsweise Polizei-, Kranken-, Notarzt- oder Feuerwehrfahrzeugen.The phosphor according to the invention can be present as the only phosphor in a lighting device or conversion LED which emits total radiation in the green range of the electromagnetic spectrum in full conversion or total radiation in the blue to green range of the electromagnetic spectrum in partial conversion. The lighting device or conversion LED, which emits total radiation in the blue to green range of the electromagnetic spectrum in partial conversion, is suitable, for example, for signal lights, such as blue lights from, for example, police, medical, emergency doctor or fire-fighting vehicles.

4A zeigt Emissionsspektren des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB2 und zwei Vergleichsbeispielen Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺ (VB2) und Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺ (VB3) . 4A shows emission spectra of the phosphor according to the invention AB2 and two comparative examples Ca ₈ Mg (SiO ₄ ) ₄ Cl ₂ : Eu ²⁺ (VB2) and Ca ₃ Sc ₂ Si ₃ O ₁₂ : Ce ³⁺ (VB3).

4B zeigt einen Vergleich optischer Daten des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB2 und zwei Vergleichsbeispielen Ca₈Mg(SiO₄) ₄Cl₂ : Eu²⁺ (VB2) und Ca₃Sc₂S₁₃O₁₂:Ce³⁺ (VB3). Die Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Peakwellenlänge. AB2 zeigt im Vergleich zu VB2 und VB3 eine deutlich geringere Halbwertsbreite. Durch die geringe Halbwertsbreite weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff deutlich geringere Strahlungsverluste bedingt durch eine teilweise Emission im UV-Bereich auf als herkömmliche Leuchtstoffe mit Peakwellenlängen im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. 4B shows a comparison of optical data of the phosphor according to the invention AB2 and two comparative examples Ca ₈ Mg (SiO ₄ ) ₄ Cl ₂ : Eu ²⁺ (VB2) and Ca ₃ Sc ₂ S ₁₃ O ₁₂ : Ce ³⁺ (VB3). The phosphors show a similar peak wavelength. AB2 shows a significantly smaller half-value width compared to VB2 and VB3. Due to the small half-width, the phosphor according to the invention has significantly lower radiation losses due to partial emission in the UV range than conventional phosphors with peak wavelengths in the green range of the electromagnetic spectrum.

5 zeigt Emissionsspektren des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB2 und eines Vergleichsbeispiels Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺ (VB2). Zudem zeigt 5 die melanopische Empfindlichkeitskurve M. Die melanopische Empfindlichkeitskurve M zeigt mit welchen Wellenlängen die Melatoninproduktion im Körper am besten unterdrückt werden kann. Wie ersichtlich zeigt das Emissionsspektrum von AB2 einen deutlich höheren Überlapp mit der melanopischen Empfindlichkeitskurve M als das Emissionsspektrum von VB2. Es ist folglich mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff möglich melanopisch wirksames Licht zu erzeugen, so dass dieses Licht effektiv zur Unterdrückung der Melatoninbildung eingesetzt werden kann. Ist eine Person der Strahlung einer Beleuchtungsvorrichtung ausgesetzt, die den Leuchtstoff AB2 enthält, kann dies mit Vorteil zu einer erhöhten Wachsamkeit oder auch Konzentrationsfähigkeit der Person führen. Beleuchtungsvorrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff können somit für die Raumbeleuchtung, insbesondere für „Human Centric Lighting“ Anwendungen eingesetzt werden. 5 shows emission spectra of the phosphor AB2 according to the invention and a comparative example Ca ₈ Mg (SiO ₄ ) ₄ Cl ₂ : Eu ²⁺ (VB2). Also shows 5 the melanopic sensitivity curve M. The melanopic sensitivity curve M shows the wavelengths with which the melatonin production in the body can best be suppressed. As can be seen, the emission spectrum of AB2 shows a significantly higher overlap with the melanopic sensitivity curve M than the emission spectrum of VB2. It is consequently possible to generate melanopically effective light with the phosphor according to the invention, so that this light can be used effectively to suppress the formation of melatonin. If a person is exposed to the radiation of a lighting device that contains the phosphor AB2, this can advantageously lead to increased vigilance or concentration ability of the person. Lighting devices with the phosphor according to the invention can thus be used for room lighting, in particular for "human centric lighting" applications.

Die 6 bis 8 zeigen jeweils schematische Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere Konversions-LEDs.The 6 to 8th each show schematic side views of different embodiments of lighting devices described here, in particular conversion LEDs.

Die Konversions-LEDs der 6 bis 8 weisen zumindest einen hier beschriebenen erfindungsgemäßen Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff auf. Zusätzlich kann ein weiterer Leuchtstoff oder eine Kombination von Leuchtstoffen in der Konversions-LED vorhanden sein. Die zusätzlichen Leuchtstoffe sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht explizit erwähnt.The conversion LEDs of the 6 to 8th have at least one Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor according to the invention described here. In addition, another Phosphor or a combination of phosphors in the conversion LED to be available. The additional phosphors are known to the person skilled in the art and are therefore not mentioned explicitly here.

Die Konversions-LED gemäß 6 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die auf einem Substrat 10 angeordnet ist. Das Substrat 10 kann beispielsweise reflektierend ausgebildet sein. Über der Halbleiterschichtenfolge 2 ist ein Konversionselement 3 in Form einer Schicht angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht auf (nicht gezeigt), die im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge einschließlich 330 nm und einschließlich 470 nm emittiert. Das Konversionselement 3 ist im Strahlengang der Primärstrahlung S angeordnet. Das Konversionselement 3 umfasst ein Matrixmaterial, wie beispielsweise ein Silikon, Epoxidharz oder Hybridmaterial, und Partikel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs 4.The conversion LED according to 6 has a semiconductor layer sequence 2 on that on a substrate 10 is arranged. The substrate 10 can, for example, be designed to be reflective. Above the semiconductor layer sequence 2 is a conversion element 3 arranged in the form of a layer. The semiconductor layer sequence 2 has an active layer (not shown) which, in the operation of the conversion LED emits primary radiation with a wavelength including 330 nm and including 470 nm. The conversion element 3 is in the beam path of the primary radiation S arranged. The conversion element 3 comprises a matrix material, such as a silicone, epoxy resin or hybrid material, and particles of the phosphor according to the invention 4 ,

Beispielsweise weist der Leuchtstoff 4 eine mittlere Korngröße von 10 µm auf. Der Leuchtstoff 4 ist dazu befähigt, die Primärstrahlung S im Betrieb der Konversions-LED zumindest teilweise oder vollständig in eine Sekundärstrahlung SA im grünen Spektralbereich zu konvertieren. Der Leuchtstoff 4 ist in dem Konversionselement 3 in dem Matrixmaterial im Rahmen der Herstellungstoleranz homogen verteilt.For example, the phosphor 4 an average grain size of 10 microns. The fluorescent 4 is capable of primary radiation S in the operation of the conversion LED at least partially or completely in a secondary radiation SA convert in the green spectral range. The fluorescent 4 is in the conversion element 3 homogeneously distributed in the matrix material within the manufacturing tolerance.

Alternativ kann der Leuchtstoff 4 auch mit einem Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial verteilt sein.Alternatively, the phosphor 4 also be distributed with a concentration gradient in the matrix material.

Alternativ kann das Matrixmaterial auch fehlen, sodass der Leuchtstoff 4 als Keramikkonverter ausgeformt ist.Alternatively, the matrix material can also be missing, so that the phosphor 4 is shaped as a ceramic converter.

Das Konversionselement 3 ist über der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 und über den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig aufgebracht und steht mit der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 und den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 in direktem mechanischen Kontakt. Die Primärstrahlung S kann auch über die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 austreten.The conversion element 3 is above the radiation exit area 2a the semiconductor layer sequence 2 and over the side faces of the semiconductor layer sequence 2 fully applied and stands with the radiation exit surface 2a the semiconductor layer sequence 2 and the side faces of the semiconductor layer sequence 2 in direct mechanical contact. The primary radiation S can also over the side faces of the semiconductor layer sequence 2 escape.

Das Konversionselement 3 kann beispielsweise durch Spritzguss-, Spritzpress- oder durch Spraycoating-Verfahren aufgebracht werden. Zudem weist die Konversions-LED elektrische Kontaktierungen (hier nicht gezeigt) auf, deren Ausbildung und Anordnung dem Fachmann bekannt ist.The conversion element 3 can be applied, for example, by injection molding, injection molding or spray coating processes. In addition, the conversion LED electrical contacts (not shown here), the design and arrangement of which are known to the person skilled in the art.

Alternativ kann das Konversionselement auch vorgefertigt sein und mittels eines sogenannten Pick-and-Place-Prozesses auf die Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht werden.Alternatively, the conversion element can also be prefabricated and by means of a so-called pick-and-place process on the semiconductor layer sequence 2 be applied.

In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Konversions-LED 1 gezeigt. Die Konversions-LED 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Substrat 10 auf. Auf der Halbleiterschichtenfolge 2 ist das Konversionselement 3 ausgeformt. Das Konversionselement 3 ist als Plättchen ausgeformt. Das Plättchen kann aus zusammengesinterten Partikeln des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs 4 bestehen und somit ein keramisches Plättchen sein, oder das Plättchen weist beispielsweise Glas, Silikon, ein Epoxidharz, ein Polysilazan, ein Polymethacrylat oder ein Polycarbonat als Matrixmaterial mit darin eingebetteten Partikeln des Leuchtstoffs 4 auf.In 7 is another embodiment of a conversion LED 1 shown. The conversion LED 1 has a semiconductor layer sequence 2 on a substrate 10 on. On the semiconductor layer sequence 2 is the conversion element 3 formed. The conversion element 3 is shaped as a plate. The plate can consist of sintered particles of the phosphor according to the invention 4 exist and thus be a ceramic plate, or the plate has, for example, glass, silicone, an epoxy resin, a polysilazane, a polymethacrylate or a polycarbonate as a matrix material with particles of the phosphor embedded therein 4 on.

Das Konversionselement 3 ist über der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig aufgebracht. Insbesondere tritt keine Primärstrahlung S über die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 aus, sondern überwiegend über die Strahlungsaustrittsfläche 2a. Das Konversionselement 3 kann mittels einer Haftschicht (nicht gezeigt), beispielsweise aus Silikon, auf der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht sein. The conversion element 3 is above the radiation exit area 2a the semiconductor layer sequence 2 fully applied. In particular, no primary radiation occurs S over the side faces of the semiconductor layer sequence 2 but mainly over the radiation exit area 2a , The conversion element 3 can by means of an adhesive layer (not shown), for example made of silicone, on the semiconductor layer sequence 2 be upset.

Die Konversions-LED 1 gemäß der 8 weist ein Gehäuse 11 mit einer Ausnehmung auf. In der Ausnehmung ist eine Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet, die eine aktive Schicht aufweist (nicht gezeigt). Die aktive Schicht emittiert im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung S mit einer Wellenlänge von einschließlich 330 nm und einschließlich 470 nm.The conversion LED 1 according to the 8th has a housing 11 with a recess. There is a semiconductor layer sequence in the recess 2 arranged, which has an active layer (not shown). The active layer emits in the operation of the conversion LED a primary radiation S with a wavelength of 330 nm and 470 nm inclusive.

Das Konversionselement 3 ist als Verguss der Schichtenfolge in der Ausnehmung ausgeformt und umfasst ein Matrixmaterial wie beispielsweise ein Silikon und einen Leuchtstoff 4, beispielsweise KAl₁₁O₁₇: (Mn²⁺,Eu²⁺) . Der Leuchtstoff 4 konvertiert die Primärstrahlung S im Betrieb der Konversions-LED 1 zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung SA. Alternativ konvertiert der Leuchtstoff die Primärstrahlung S vollständig in Sekundärstrahlung SA.The conversion element 3 is shaped as a potting of the layer sequence in the recess and comprises a matrix material such as a silicone and a phosphor 4 , for example KAl ₁₁ O ₁₇ : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ). The fluorescent 4 converts the primary radiation S in the operation of the conversion LED 1 at least partially in a secondary radiation SA , Alternatively, the phosphor converts the primary radiation S completely in secondary radiation SA ,

Möglich ist auch, dass der Leuchtstoff 4 in den Ausführungsbeispielen der 6 bis 8 in dem Konversionselement 3 räumlich von der Halbleiterschichtenfolge 2 oder der Strahlungsaustrittsfläche 2a beabstandet angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch Sedimentation oder durch Aufbringen der Konversionsschicht auf dem Gehäuse erreicht werden. It is also possible that the phosphor 4 in the embodiments of the 6 to 8th in the conversion element 3 spatially from the semiconductor layer sequence 2 or the radiation exit area 2a is arranged spaced. This can be achieved, for example, by sedimentation or by applying the conversion layer on the housing.

Beispielsweise kann im Gegensatz zu der Ausführungsform der 8 der Verguss lediglich aus einem Matrixmaterial, beispielsweise Silikon, bestehen, wobei auf dem Verguss beabstandet zu der Halbleiterschichtenfolge 2 das Konversionselement 3 als Schicht auf dem Gehäuse 11 und auf dem Verguss aufgebracht wird.For example, in contrast to the embodiment of the 8th the potting only consist of a matrix material, for example silicone, with the potting spaced apart from the semiconductor layer sequence 2 the conversion element 3 as a layer on the housing 11 and is applied to the potting.

Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.The exemplary embodiments described in connection with the figures and their features can also be combined with one another in accordance with further exemplary embodiments, even if such combinations are not explicitly shown in the figures. Furthermore, the exemplary embodiments described in connection with the figures can have additional or alternative features as described in the general part.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Beleuchtungsvorrichtung oder Konversions-LEDLighting device or conversion LED

22

Halbleiterschichtenfolge oder HalbleiterchipSemiconductor layer sequence or semiconductor chip

2a2a

StrahlungsaustrittsflächeRadiation exit area

33

Konversionselementconversion element

44

Leuchtstofffluorescent

1010

Substratsubstratum

1111

Gehäusecasing

SS

Primärstrahlungprimary radiation

SASA

Sekundärstrahlungsecondary radiation

LEDLED

lichtemittierende Diodelight emitting diode

LERLER

Lichtausbeutelight output

λ_peak λ _peak

PeakwellenlängePeak wavelength

ppmppm

Parts per MillionParts per million

ABFROM

Ausführungsbeispielembodiment

VBVB

VergleichsbeispielComparative example

gG

Grammgram

II

Intensitätintensity

Mol%mol%

Molprozentmole percent

nmnm

Nanometernanometer

°C° C

Grad Celsiuscentigrade

lmlm

Lumenlumen

WW

Wattwatt

mmolmmol

Millimolmillimoles

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• EP 2275512 A2 [0004]EP 2275512 A2 [0004]

Claims (14)

Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4).Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4). Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 1 mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(Mn²⁺,Eu²⁺), wobei x + 3(11+y) = 2(17+z), 0 < x, -11 < y und -17 < z.Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) Claim 1 with the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ), where x + 3 (11 + y) = 2 (17 + z), 0 <x, -11 <y and -17 <z. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 2, wobei 0 < x < 2, -1/2 < z < 1/2 und -1/3 < y < 1/3.Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) Claim 2 , where 0 <x <2, -1/2 <z <1/2 and -1/3 <y <1/3. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (M_n ²⁺, Eu²⁺) mit 0 < x < 2, wobei - für 0 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x < 2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the preceding claims with the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (M _n ²⁺ , Eu ²⁺ ) with 0 <x <2, where - for 0 <x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0 or y = 0 and z = -1/2 (1-x); - for x = 1: y = 0 and z = 0 and - for 1 <x <2: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x-1) and z = 0. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) mit 0,5 < x < 1,5 und - für 0,5 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x < 1,5 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the preceding claims with the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (M _n ²⁺ , Eu ²⁺ ) with 0.5 <x <1.5 and - for 0.5 <x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0 or y = 0 and z = -1/2 (1-x); - for x = 1: y = 0 and z = 0 and - for 1 <x <1.5 the following applies: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x- 1) and z = 0. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(Mn²⁺,Eu²⁺) mit 0,7 ≤ x ≤ 1,3 und - für 0,7 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x ≤ 1,3 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the preceding claims with the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : Mn ²⁺ or K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (Mn ²⁺ , Eu ²⁺ ) with 0.7 ≤ x ≤ 1.3 and - for 0.7 ≤ x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0 or y = 0 and z = -1/2 (1-x); - for x = 1: y = 0 and z = 0 and - for 1 <x ≤ 1.3 the following applies: y = 0 and z = 1/2 (x-1) or y = -1/3 (x- 1) and z = 0. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 6, wobei 0,8 ≤ x ≤ 1,2 und - für 0,8 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0; - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x ≤ 1,2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1).Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) Claim 6 , where 0.8 ≤ x ≤ 1.2 and - for 0.8 ≤ x <1: y = 1/3 (1-x) and z = 0; - for x = 1: y = 0 and z = 0 and - for 1 <x ≤ 1.2: y = 0 and z = 1/2 (x-1). Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 6, wobei 0,8 ≤ x ≤ 1,2 und - für 0,8 ≤ x < 1 gilt: y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x ≤ 1,2 gilt: y = -1/3 (x-1).Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) Claim 6 , where 0.8 ≤ x ≤ 1.2 and - for 0.8 ≤ x <1: y = 0 and z = -1/2 (1-x); - for x = 1: y = 0 and z = 0 and - for 1 <x ≤ 1.2: y = -1/3 (x-1). Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in der hexagonalen Raumgruppe P6₃/mmc kristallisiert.Mn ²⁺ or Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the preceding claims, which crystallizes in the hexagonal space group P6 ₃ / mmc. Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) .Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the Claims 2 to 8th with the general empirical formula K _x Al _{11 + y} O _{17 + z} : (M _n ²⁺ , Eu ²⁺ ). Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃ und MnCO₃ erhältlich ist.Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the Claims 1 to 9 , which is available from the starting materials K ₂ CO ₃ , Al ₂ O ₃ and MnCO ₃ . Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃, MnCO₃ und Eu₂O₃ erhältlich ist.Eu ²⁺ and Mn ²⁺ doped potassium aluminate phosphor (4) according to one of the Claims 1 to 10 , which is available from the starting materials K ₂ CO ₃ , Al ₂ O ₃ , MnCO ₃ and Eu ₂ O ₃ . Beleuchtungsvorrichtung (1) umfassend einen Leuchtstoff (4) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12.Lighting device (1) comprising a phosphor (4) according to at least one of the Claims 1 to 12 , Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13 aufweisend - eine Halbleiterschichtenfolge (2), die zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung (S) eingerichtet ist und - ein Konversionselement (3), das den Leuchtstoff (4) umfasst und zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung (S) in elektromagnetische Sekundärstrahlung (SA) konvertiert.Lighting device (1) after Claim 13 showing - a semiconductor layer sequence (2) which is set up to emit electromagnetic primary radiation (S) and - a conversion element (3) which comprises the phosphor (4) and at least partially converts the electromagnetic primary radiation (S) into electromagnetic secondary radiation (SA).

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